(57)【要約】【課題】  燃料電池に関し、小型化と高出力化を両立する。【解決手段】  基板１の主面に対して垂直方向に互いに微小間隙を持って並ぶ多数のカーボンナノチューブからなる燃料電極を兼ねる燃料流路兼電極３と酸化剤電極を兼ねる酸化剤流路兼電極４を対向させて設けるとともに、少なくとも燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４との対向間隙を充填する電解膜５を設ける。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面に対して垂直方向に互いに微小間隙を持って並ぶ多数のカーボンナノチューブからなる燃料電極を兼ねる燃料流路兼電極と酸化剤電極を兼ねる酸化剤流路兼電極を対向させて設けるとともに、少なくとも前記燃料流路兼電極と酸化剤流路兼電極との対向間隙を充填する電解膜を設けたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
上記燃料流路兼電極内においてカーボンナノチューブの配向方向と直交する方向に燃料を流すとともに、上記酸化剤流路兼電極内においてカーボンナノチューブの配向方向と直交する方向に酸化剤を流すことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
カーボンナノチューブからなる燃料流路兼電極と酸化剤流路兼電極において、内部のカーボンナノチューブの密度が外側のカーボンナノチューブの密度より低いことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
カーボンナノチューブからなる燃料流路兼電極と酸化剤流路兼電極の内部が、カーボンナノチューブの存在しない空洞であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項５】
上記カーボンナノチューブからなる燃料流路兼電極と酸化剤流路兼電極の頂部が、前記燃料流路兼電極と酸化剤流路兼電極との対向間隙を充填する電解膜と一体の電解膜で覆ったことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に関するものであり、特に、カーボンナノチューブを電極及び燃料・気体流路として用いて集積度を高めて小型で高出力な燃料電池を安価に実現するための構成に特徴のある燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題や省エネルギーに対する問題意識の高まりにより、クリーンでエネルギー変換効率の高いエネルギー源として、燃料電池が注目を集めているが、この様な燃料電池においては、Ｈ2 或いはメタノール等の燃料を空気（Ｏ2 ）と反応させて直接起電力を発生させている。
【０００３】
従来技術の代表的なものとしては、対向電極型燃料電池とプレーナ型燃料電池が知られているので、ここで、図２５及び図２６を参照してこれらの燃料電池を説明する。
図２５参照  
図２５は、従来の対向電極型燃料電池の概念的構成図であり、高分子電解膜８１を挟んで、 両側に１対の電極と燃料流路が配置された構造を持っている。
【０００４】
図においては、左側を水素燃料側としており、水素燃料流路８３が多孔質Ｐｔからなる燃料極８２を介して高分子電解膜８１に接しており、一方、右側の酸素燃料側においては、酸素燃料流路８５が多孔質Ｐｔからなる空気極８４を介して高分子電解膜８１に接している。
なお、図における符号８６，８７は本電極である。
【０００５】
この場合、水素燃料側にある燃料極８２に浸透してきたＨ2 ガスが燃料極８２を構成するＰｔの触媒作用によってプロトン（Ｈ+ ）となり、高分子電解膜８１を抜け、酸素燃料側の空気極８４に至り、酸素と結合して水（Ｈ2 Ｏ）が生成されることで起電力が生み出され、燃料電池として機能するものであり、対向する電極を大きくすれば、表面積を容易に大きくできるという特長がある。
【０００６】
なお、各々の電極側での反応式は以下のようになる。
水素電極側の反応：  Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- 
酸素電極側の反応：  １／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ
【０００７】
図２６参照  
図２６は、従来のプレーナ型燃料電池の概念的構成図であり、シリコン基板９１に形成された一対の燃料流路内に電極及び触媒を設け、この一対の燃料流路を高分子電解膜９８で覆ったものである。
【０００８】
図においては、左側を水素燃料側としており、水素燃料流路９２の内壁及びシリコン基板９１の左表面を覆うように燃料極９３を設けるとともに水素燃料流路９２内の燃料極９３の表面をＰｔ触媒９４で覆う。
【０００９】
一方、右側の酸素燃料側においては酸素燃料流路９５の内壁及びシリコン基板９１の右表面を覆うように空気極９６を設けるとともに酸素燃料流路９５内の空気極９６の表面をＰｔ触媒９７で覆った構造となっている。
【００１０】
この場合、水素燃料流路９２の燃料極９３の付近で形成されたプロトン（Ｈ+ ）が、高分子電解膜９８を抜け、弧を描くように対岸の酸素燃料流路９５の近傍の空気極９６に至り、酸素と結合し、水が形成されることで燃料電池として機能する。
【００１１】
この構造は、流路や電極が基板表面上に平面的に形成されるので、半導体製造技術において、集積回路（ＬＳＩ）製造用に長きに渡り積み重ねて来たプレーナ型製造技術を適用することができるため、はじめから技術から開発を進めなくても良く、急速な進化を期待できる。 
【００１２】
また、 半導体用の既存設備を用いることができ、 場合によっては時代遅れとなった半導体の製造工場を活用することもできるとともに、進んだ微細加工技術を用いることで、装置の小型化、流路の複雑化による表面積の増大等が可能になる。
【００１３】
この結果、 早期に携帯型のＰＣ携帯電話に搭載されるような小型で高出力な燃料電池につなげられると期待されている。
また、半導体の製造方法と同様な方法で燃料電池が形成できるようになると、 将来、燃料電池と半導体デバイスを一緒に混載できる可能性もあり、 燃料電池と電子回路を一体化した超小型の装置や、 燃料電池の制御回路や燃料の状況をモニターする回路も一緒に作りこまれたインテリジェント燃料電池等ができる可能性がある。
【００１４】
一方、燃料電池の高効率化のために、電極として配向したカーボンナノチューブを用いることも提案されている（例えば、特許文献１或いは特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−１０３４０３号公報
【特許文献２】特開２００４−０６３２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、 将来の電子機器を考えると、 さらに軽薄短小化が進み、 性能向上、高機能化、多機能化により消費電力も著しく増えると考えられるため、将来的にはさらに小型で、より高出力の燃料電池が必要になると予想される。
【００１６】
例えば、高速で高機能で多機能、さらに軽薄短小で常に身に着けて( 纏って) 歩けるウエアラブル・コンピュータ、立体ＴＶ電話や財布機能等、機能が盛り沢山な携帯電話、米粒程の大きさであらゆる環境情報を検知し知らせるセンサータグ、長時間人間に代わって働く人間型ロボット等の装置ではハイパワーが要求される上、限られたスペースに燃料電池を納めなければならないので、非常に小型でなくてはならない。
【００１７】
このように、将来にはさらに小型で、高出力な燃料電池が必要となり、また、価格も安くなくては市場に普及せず、また製造会社も利益を出せないので、製造コストの低減も強く望まれると考えられるが、現状の技術ではこの様な課題を解決することは困難である。
【００１８】
例えば、上述の対向電極型燃料電池の場合には、対向する電極を大きくすれば、表面積を容易に大きくでき、大出力に対応できるようなるが、装置自身も大きくなり小型化には不向きであるという問題がある。
【００１９】
また、対向する電極を大きくすれば、電子を消費してＨイオンとＯ2 が反応した位置と本電極８７との距離が遠くなるため、電子が流れる時に寄生抵抗が大きくなり、大出力化の妨げになるという問題がある。
【００２０】
また、上述のプレーナ型燃料電池の場合には、流路の上端部が燃料電池として機能するだけなので、出力的には見劣りし、ハイパワー化が困難であるという問題がある。
【００２１】
さらに、上述のカーボンナノチューブを用いた燃料電池の場合には、電極性能の改善だけであるので、小型且つ高出力の要請に応えられるものではないという問題がある。
【００２２】
したがって、本発明は、小型化と高出力化を両立することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
図１は本発明の原理的構成図であり、ここで図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図における符号６は、燃料電池として機能するための触媒反応を行うＰｔ等の触媒微粒子である。
図１参照
上記課題を解決するために、本発明は、燃料電池において、基板１の主面に対して垂直方向に互いに微小間隙を持って並ぶ多数のカーボンナノチューブからなる燃料電極を兼ねる燃料流路兼電極３と酸化剤電極を兼ねる酸化剤流路兼電極４を対向させて設けるとともに、少なくとも燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４との対向間隙を充填する電解膜５を設けたことを特徴とする。
【００２４】
このように、本発明はプレーナ構造と対向電極構造を融合した独自の燃料電池構造であるが、基本的にはプレーナ構造なので、従来の半導体技術を応用でき、また対向電極の側面を利用するので、従来のプレーナ型と比べて、表面積を著しく増大させることが可能になり、それによって、小型で高出力な燃料電池の実現が可能になる。
【００２５】
この場合、カーボンナノチューブの配向膜自身が流路兼電極となるので、工程短縮が可能になるばかりか、流路でも電極でもない無駄なスペースを作らなくて済むので、限られた面積を有効に活かした効率の良い燃料電池が可能になる。
【００２６】
さらに、カーボンナノチューブ配向膜表面と高分子膜の界面に形成される凹凸面を利用して、燃料電池の表面積を増やすだけでなく、さらに、カーボンナノチューブが基板１から自己整合的に垂直に配向成長し、高アスペクトで急峻な立体構造ができるので、この立体構造体の側壁を用いることで、表面積を著しく増大させることができる。
【００２７】
また、ＨイオンとＯ2 と反応箇所と取り出し電極となる下地電極との距離が必然的に短くなるので寄生抵抗を低減でき、それによって、内部抵抗が小さくなるので、この点でも高出力化が可能になる。   
【００２８】
なお、従来の技術でこのような急峻で高アスペクトの立体電極構造を形成しようとすると、 レジストパターンだけではレジストは減耗してエッチング時に耐えられないので、 ハードマスク材を表面に形成、レジスとパターンをマスクにエッチングをおこない、一旦、レジストパターンをハードマスク材に転写してハードマスクを形成した後、さらにこのハードマスクをマスクに下地電極をエッチングすることが必要となる。
【００２９】
しかも、数１００μｍにも及ぶ深い急峻なエッチングとなると、従来の半導体技術では実質上不可能で、特殊なエッチング装置の開発することから始めなくてはならず、仮に、将来、この点が技術的に克服できたとしても、深い構造を形成するためには長時間のエッチングが必要で、低価格化が期待できない。
【００３０】
また、この場合のカーボンナノチューブからなる燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４は、全体の密度を均一にしても良いが、内部のカーボンナノチューブの密度が外側のカーボンナノチューブの密度より低いようにしても良く、それによって、コンダクタンスを大きくすることができる。
【００３１】
さらには、カーボンナノチューブからなる燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４の内部をカーボンナノチューブの存在しない空洞としても良く、それによって、コンダクタンスをさらに大きくすることができる。
【００３２】
上述の構成において、カーボンナノチューブからなる燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４の頂部を、燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４との対向間隙を充填する電解膜５と一体の電解膜５で覆っても良いし、燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４を構成するカーボンナノチューブ自体で閉じても良く、さらには、燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４の頂部との接触面が少なくとも絶縁されている基板で閉じても良いものであり、カーボンナノチューブ配向膜の粗密或いは電解膜５の粘性等の応じてき適宜選択すれば良い。
【００３３】
また、カーボンナノチューブを成長させる場合には、成長下地としてＣｏ等の触媒が必要になるので、燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４の下地２として触媒金属層を設けるか、或いは、非触媒金属層とその上に設けた触媒電極薄膜を下地２として用いるか、さらには、非触媒金属層とその上に付着させた導電性触媒微粒子を下地２として用いる必要がある。
【００３４】
また、燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４の少なくとも一方を平面形状において蛇行させるともに、燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４の他方を蛇行させた流路兼電極の間に挿入するように配置することが望ましく、それによって、燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４との延べ対向面積を大幅に増大することができる。
【００３５】
また、燃料と酸化剤の供給は、燃料流路兼電極３内においてカーボンナノチューブの配向方向と直交する方向に燃料を流すとともに、酸化剤流路兼電極４内においてカーボンナノチューブの配向方向と直交する方向に酸化剤を流すようにしても良く、林立する一本一本の間隙を流路として用いることにより、電極構成が簡素化される。
【００３６】
或いは、燃料流路兼電極３及び酸化剤流路兼電極４の一方に対して、カーボンナノチューブの配向方向の先端部から燃料或いは酸化剤を供給し、他方はカーボンナノチューブの配向方向と直交する方向から燃料或いは酸化剤を供給ようにしても良く、特に、燃料としてアルコール等の液体燃料を使用した場合に有効となる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、基本的にプレーナ構造なので、高度に発展している半導体集積技術の適用が可能となり、急速な発展を期待できるとともに、装置の小型化、さらには電子回路との一体化が可能になるとともに、カーボンナノチューブ配向膜を流路兼電極として使用しているので、高分子電解膜との界面に形成される凹凸形状により表面積の増大とカーボンナノチューブならではの高アスペクトで急峻な立体構造の側壁の利用による表面積の増大の二重の効果が期待でき、小型で高出力の燃料電池が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明は、燃料電池の電極を、基板に対しカーボンナノチューブが垂直に並んだ配向膜からなる立体構造で形成するとともに、流路としても兼用し、また高分子電解膜の厚さを規定する機構としても利用するものである。
【実施例１】
【００３９】
ここで、図２乃至図４を参照して、本発明の実施例１の燃料電池の製造工程を説明する。
図２参照  
まず、ＳｉＯ2 からなる基板１１上に触媒となるＣｏ層を堆積させたのち、レジストパターンを利用してエッチングすることによって、例えば、幅が２００μｍの触媒金属層１２，１３を形成する。
この場合、中段図に平面図として示すように触媒金属層１２は、蛇行するパターンとし、一方、触媒金属層１３は、蛇行する触媒金属層１２の間に挿入する複数本のパターンとする。
【００４０】
なお、この場合の触媒金属層１２と触媒金属層１３との間隔は、後述するように、高分子電解膜１７の厚さが燃料電池の燃料極と空気極との隙間で規定されることになるので、必要な高分子電解膜の厚さに合わせて、間隔を決めれば良く、現状では例えば、２００μｍ程度とする。
【００４１】
次いで、ＣＶＤ法を用いて、例えば、アセチレンガスを原料ガスとして４５０℃においてカーボンナノチューブ立体構造１４，１５を成長させる。
この場合、カーボンナノチューブは触媒金属のあるところにのみ選択的に成長し、他の領域には生えないので、触媒金属層１２，１３上にそれぞれカーボンナノチューブ立体構造１４，１５が成長することになる。
【００４２】
また、カーボンナノチューブ立体構造１４，１５は、触媒金属層１２，１３上に基板１１に対して垂直に並んで生え、成長レートも非常には速いので、数１００μｍ〜数ｍｍ程度と、半導体の常識からすれば非常に厚く成長することができる。
この間、カーボンナノチューブは殆ど横方向にははみ出さないので、非常に急峻で、高アスペクトな立体構造からなるカーボンナノチューブ立体構造１４，１５となる。
【００４３】
図３参照  
次いで、燃料電池触媒となる例えば、直径が数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度のＰｔ微粒子１６を全面に散布する。
この時、Ｐｔ微粒子１６はファンデルワールス力でカーボンナノチューブ立体構造１４，１５の表面に付着し、カーボンナノチューブ立体構造１４，１５の内部にまでは進入しない。
【００４４】
なお、Ｐｔ微粒子１６はファンデルワールス力でカーボンナノチューブ立体構造１４，１５の表面に吸着し、 その後は移動することがない。 
この場合のＰｔ微粒子１６はその触媒作用によって燃料となる水素から電子を剥ぎ取り、水素イオン( プロトン) を形成させることを加速させるために設ける。
【００４５】
次いで、基板１１全体を希釈弗酸中に浸漬することによって、基板１１の表面に形成されている酸化膜（図示を省略）除去することによって、基板１１上に付着したＰｔ微粒子１６をリフトオフにより除去する。
このように、基板１１上に付着したＰｔ微粒子１６を除去することにより、燃料電池の燃料極と空気極となるカーボンナノチューブ立体構造１４とカーボンナノチューブ立体構造１５がＰｔ微粒子１６を介して短絡することがない。
【００４６】
なお、カーボンナノチューブやＰｔは希釈弗酸ではエッチングされないので、カーボンナノチューブ立体構造１４，１５の表面に付着したＰｔ微粒子１６はそのまま残る。
また成長後のカーボンナノチューブは、非常に強力な撥水性なので、水をはじき、バンドル化（ぬれて束になってしまうこと）してしまうことはない。
【００４７】
図４参照  
次いで、例えば、ＤＭＡＣ（Ｄｉｍｅｔｈｙｌ  Ａｃｅｔａｍｉｄｅ）＋Ｈ2 Ｏからなる高分子電解膜の溶剤を全面に塗布し、窒素ガス雰囲気中で、１５０℃〜２００℃において３０分間の熱処理を行うことによって硬化させて高分子電解膜１７とする。
【００４８】
この場合、高分子電解膜１７の溶剤は粘性を有するので、カーボンナノチューブの１本、１本の隙間には入ることができず、 カーボンナノチューブ立体構造１４，１５を取り囲むような形に形成される。 
【００４９】
次いで、カーボンナノチューブ立体構造１４，１５からなる流路の端になる部分の上部における高分子電解膜１７を選択的に除去して、カーボンナノチューブ立体構造１４，１５の上端部を露出する開口部を設け、燃料及び酸化剤の導入口１８，１９及び排出口２０，２１とすることによって燃料電池の基本構造が完成する。
【００５０】
この燃料電池の導入口１８からＨ2 ガスを導入し、導入口１９から酸化剤としても空気を導入することで、Ｈ2 ガス及び空気はそれぞれカーボンナノチューブ立体構造１４，１５を構成するカーボンナノチューブの間隙を流れするうちに、Ｈ2 ガスはＰｔ微粒子１６の触媒作用によって電子がはぎ取られて水素イオンＨ+ となり、高分子電解膜１７の中を伝って空気極となるカーボンナノチューブ立体構造１５に達してＯ2 と反応して起電力を発生させる。
【００５１】
このように、本発明の実施例１においては、カーボンナノチューブからなる電極、即ち、空気極及び燃料極自体を燃料流路及び酸化剤流路として用いているので、流路の表面積全体を有効に使うことができるので、小型であるにも拘わらず、高出力を得ることが可能になり、このカーボンナノチューブ立体構造１４，１５が高アスペクト比であるほど高出力化が可能になる。
【００５２】
また、本発明の実施例１においては、カーボンナノチューブならでは成長特性を用いることで、従来のエッチング加工では困難であった急峻で高アスペクト比の構造を非常に短い工程で簡単に形成することができる。
【００５３】
また、本発明の実施例１においては、燃料極を蛇行させるとともに、空気極をその間に配置しているので、電極の総延長が長くすることができ、それによっても燃料電池として作用するトータル面積を稼ぐことができるので、高出力化に寄与することができる。
【００５４】
さらに、本発明の実施例１においては、カーボンナノチューブ立体構造を燃料極及び空気極として用いることによる特有の効果もあるので、図５及び図６を参照して説明する。  図５参照  
図５は、基板に平行な要部断面図であり、林立するカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ立体構造１５（１４）の表面近傍においては、高分子電解膜１７がカーボンナノチューブの中に入り込んでカーボンナノチューブ立体構造１５（１４）と平坦面ではなく凹凸面で接することになるので、燃料電池の表面積を増やす効果がある。
【００５５】
図６参照  
図６は、基板に垂直な要部断面図であり、林立するカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ立体構造１５（１４）の頂部表面近傍においても、高分子電解膜１７がカーボンナノチューブの中に入り込んでカーボンナノチューブ立体構造１５（１４）と平坦面ではなく凹凸面で接することになるので、燃料電池の表面積を増やす効果がある。
【００５６】
したがって、カーボンナノチューブ立体構造１４，１５を燃料極及び空気極として用いることによって、高分子電解膜１７が凹凸面で接することによる表面積の増大効果と、高いアスペクト比のカーボンナノチューブ立体構造１４，１５による側面積の増大効果との二重の表面積増大効果が得られる。
【実施例２】
【００５７】
次に、図７及び図８を参照して、本発明の実施例２の燃料電池の製造工程を説明する。  図７参照  
まず、ＳｉＯ2 からなる基板３１上に触媒となるＣｏ層を堆積させたのち、レジストパターンを利用してエッチングすることによって上記の実施例１と同様のパターンからなる触媒金属層３２，３３を形成する。
【００５８】
次いで、パターンニングされた触媒金属層３２，３３の両端が露出するように開口部が設けられたレジストパターン３４を形成し、触媒となる直径が数ｎｍのＴｉを約２０％含有するＴｉＣｏ微粒子３５を吹きつけることによって、触媒金属層３２，３３の露出部にＴｉＣｏ微粒子３５を選択的に付着させる。
なお、この場合のＴｉＣｏ微粒子３５の付着領域の幅は、１０〜５０μｍとする。
【００５９】
次いで、レジストパターン３４を有機溶剤で除去することによって、レジストパターン３４上のＴｉＣｏ微粒子３５をレジストパターン３４と共にリフトオフしたのち、上記の実施例１と同様の成長条件でカーボンナノチューブを成長させてカーボンナノチューブ立体構造３６，３７を成長させる。
【００６０】
この時、ＣｏとＴｉＣｏの触媒作用の差によって、Ｃｏからなる触媒金属層３２，３３に成長するカーボンナノチューブの密度は、ＴｉＣｏ微粒子３５を付着させた領域に成長したカーボンナノチューブの密度より低くなるので、内部に燃料や酸化剤が流れやすい状態となる。
【００６１】
図８参照
以降は、実施例１と同様に、カーボンナノチューブ立体構造３６，３７の表面にＰｔ微粒子３８を付着させたのち、高分子電解膜３９の溶剤を全面に塗布し、窒素ガス雰囲気中で、１５０℃〜２００℃において３０分間の熱処理を行うことによって硬化させて高分子電解膜３９とする。
【００６２】
この場合、低密度とは言え、カーボンナノチューブ立体構造３６，３７の内部にもカーボンナノチューブが生えているので、実施例１と同様にして、上端部に高分子電解膜３９の粘性を利用してフタを閉じることが可能になる。 
なお、この場合、内部の密度が低いことを補うために、予め、高分子電解膜３９の粘性を上げたり、硬化時期をさらに早める等の工夫をすることが望ましい。
【００６３】
次いで、図示は省略するものの、カーボンナノチューブ立体構造３６，３７からなる流路の端になる部分の上部における高分子電解膜３９を選択的に除去して、カーボンナノチューブ立体構造３６，３７の上端部を露出する開口部を設け、燃料及び酸化剤の導入口及び排出口とすることによって燃料電池の基本構造が完成する。
【００６４】
このように、本発明の実施例２においては、成長過程における下地の触媒作用の差を利用して内部と外部にカーボンナノチューブ密度に粗密を設けているのでコンダクタンス( 粘性抵抗) が高くなり、上記の実施例１と比べて燃料及び酸化剤が流れやすなり、燃料としてメタノール等の液体燃料を用いた場合にもスムーズに燃料を流すことができる。
【実施例３】
【００６５】
次に、図９及び図１０を参照して、本発明の実施例３の燃料電池の製造工程を説明する。
図９参照  
まず、ＳｉＯ2 からなる基板４１上に触媒となるＣｏ層を堆積させたのち、レジストパターンを利用してエッチングすることによって、上図に平面図として示すように蛇行したパターンと蛇行したパターンの間に挿入したライン状パターンからなる触媒金属層４２，４３を形成する。
なお、この場合の一対の触媒金属層４２及び一対の触媒金属層４３の幅は、例えば、２００μｍであり、各触媒金属層４２，４３の幅を８０μｍとすることによって、中央の下地の露出部の幅を４０μｍとする。
【００６６】
次いで、上記の実施例１と同様の成長条件でカーボンナノチューブを成長させてカーボンナノチューブ立体構造４４，４５を成長させる。
この時、触媒金属層４２，４３上にのみカーボンナノチューブ立体構造４４，４５が成長し、一対の触媒金属層４２の間及び一対の触媒金属層４３の間はカーボンナノチューブが成長しない空間となる。
【００６７】
図１０参照
次いで、カーボンナノチューブ立体構造４４，４５の頂面をステンシルマスク４６で覆ったのち、Ｐｔ微粒子４７を散布することによって、カーボンナノチューブ立体構造４４，４５の外壁にのみＰｔ微粒子４７を付着させる。
【００６８】
次いで、高分子電解膜の溶剤を全面に塗布し、窒素ガス雰囲気中で、１５０℃〜２００℃において３０分間の熱処理を行うことによって硬化させて高分子電解膜４８とする。
この時、表面に一挙に高分子電解膜４８の溶剤を塗布すると、 カーボンナノチューブの間に、空気の気泡が残るので、 高分子電解膜４８が流路の奥深くまで進入することなく、高分子電解膜４８の形成が可能になる。
【００６９】
次いで、図示は省略するものの、カーボンナノチューブ立体構造４４，４５からなる流路の端になる部分の上部における高分子電解膜４８を選択的に除去して、カーボンナノチューブ立体構造４４，４５の上端部を露出する開口部を設け、燃料及び酸化剤の導入口及び排出口とすることによって燃料電池の基本構造が完成する。
【００７０】
このように、本発明の実施例３においては、触媒金属層４２，４３を中抜きのパターンにすることによって、カーボンナノチューブ立体構造４４，４５の内部を完全な空洞としているので、上記の実施例２よりもさらにコンダクタンスが高くなり、燃料及び酸化剤が流れやすなるので、燃料としてメタノール等の液体燃料を用いた場合にもスムーズに燃料を流すことができる。
【実施例４】
【００７１】
次に、図１１を参照して、本発明の実施例４の燃料電池を説明するが、この実施例４は上述の実施例３の変形例であるので電極パターンの断面構造のみ説明する。
図１１参照  
図１１は、本発明の実施例４の電極パターンの断面図であり、ＳｉＯ2 からなる基板４１上にＡｌからなる非触媒金属層４９，５０を上記の実施例１と同様なパターンに形成したのち、その周辺部にそれぞれ幅が８０μｍのＣｏ薄膜からなる触媒金属層５１，５２を設けたものであり、以降の工程は上記の実施例３と全く同様に行う。
【００７２】
この実施例４においては、触媒金属層５１，５２の下地として比抵抗の小さな非触媒金属層４９，５０を用いているので、燃料極及び空気極自体の寄生抵抗を小さくすることができ、この点で実施例３に比べて高出力化が可能になる。
【実施例５】
【００７３】
次に、図１２を参照して、本発明の実施例５の燃料電池を説明するが、この実施例５も上述の実施例３の変形例であるので電極パターンの断面構造のみ説明する。
図１２参照  
図１２は、本発明の実施例５の電極パターンの断面図であり、ＳｉＯ2 からなる基板４１上にＡｌからなる非触媒金属層４９，５０を上記の実施例１と同様なパターンに形成したのち、その周辺部に上記実施例２と同様にリフトオフ法を用いてそれぞれ幅が８０μｍの領域に触媒となるＣｏ微粒子５３を付着させたものであり、以降の工程は上記の実施例３と全く同様に行う。
【００７４】
この実施例５においても、実施例４と同様に燃料極及び空気極自体の寄生抵抗を小さくすることができ、この点で実施例３に比べて高出力化が可能になる。
なお、この場合のＣｏ微粒子５３の直径は数ｎｍ程度であり、８０μｍの幅に対して数１０００分の１のサイズである。
【実施例６】
【００７５】
次に、図１３乃至図１５を参照して、本発明の実施例６の燃料電池の製造工程を説明する。
図１３参照  
まず、ＳｉＯ2 からなる基板６１上に触媒となるＣｏ層を堆積させたのち、レジストパターンを利用してエッチングすることによって、上図に平面図として示すように蛇行したパターンと蛇行したパターンの間に挿入したライン状パターンからなる触媒金属層６２，６３を形成する。
なお、この場合の一対の触媒金属層６２の外側の間隔及び一対の触媒金属層６３の外側の間隔は、例えば、２００μｍであり、各触媒金属層６２，６３の幅を５μｍとすることによって、中央の露出部の幅を１９０μｍとする。
【００７６】
次いで、上記の実施例１と同様の成長条件でカーボンナノチューブを成長させてカーボンナノチューブ立体構造６４，６５を成長させる。
この時、触媒金属層６２，６３上にのみカーボンナノチューブ立体構造６４，６５が成長し、一対の触媒金属層６２の間及び一対の触媒金属層６３の間はカーボンナノチューブが成長しない広い空間となる。
【００７７】
図１４参照
次いで、上記実施例３と同様に、カーボンナノチューブ立体構造６４，６５の頂面をステンシルマスク６６で覆ったのち、Ｐｔ微粒子６７を散布することによって、カーボンナノチューブ立体構造６４，６５の外壁にのみＰｔ微粒子６７を付着させる。
【００７８】
次いで、ステンシルマスク６８を用いて、高分子電解質６９の溶剤をカーボンナノチューブ立体構造６４，６５の間の流路以外の箇所に流し込む。
【００７９】
図１５参照  
引き続いて、高分子電解膜６９が、カーボンナノチューブ立体構造６４，６５の外壁間に注ぎ込まれ、高分子電解膜６９の液面が高くなって来ると、高分子電解膜６９の自重によりカーボンナノチューブ立体構造６４，６５の外壁が曲り始め、やがてカーボンナノチューブ立体構造６４，６５の外壁が接して、アーチ型のトンネルが形成される。
一旦アーチが形成されると、このアーチ型の構造は耐久性が強いので、それ以上は潰れにくくなる。
【００８０】
さらに高分子電解膜６９を注ぎ続けると、アーチ状の空洞が完全に高分子電解膜６９で埋め込まれる形になり、その後、窒素ガス雰囲気中で、１５０℃〜２００℃において３０分間の熱処理を行うことによって硬化させて高分子電解膜６９とする。
【００８１】
この時、説明は省略したものの、各触媒金属層６２，６３の幅を燃料及び空気の導入口及び導出口において実施例３と同様に８０μｍとしておくことにより、この近傍においてはアーチは形成されず、高分子電解膜６９で蓋をされた状態となっているので、この部分の高分子電解膜６９を選択的に除去して、カーボンナノチューブ立体構造６４，６５の上端部を露出する開口部を設け、燃料及び酸化剤の導入口及び排出口とすることによって燃料電池の基本構造が完成する。
【００８２】
このように、本発明の実施例６においては、カーボンナノチューブ立体構造６４，６５の空洞を広くしているので、上記の実施例３よりもさらにコンダクタンスが高くなるとともに、カーボンナノチューブ立体構造６４，６５の頂部がアーチ状に閉じているので高分子電解膜６９が内部に進入することがない。
【実施例７】
【００８３】
次に、図１６乃至図１７を参照して、本発明の実施例７の燃料電池の製造工程を説明する。
図１６参照  
まず、実施例３と全く同様に、ＳｉＯ2 からなる基板４１上に触媒となるＣｏ層を堆積させたのち、レジストパターンを利用してエッチングすることによって、触媒金属層４２，４３を形成する。
【００８４】
次いで、上記の実施例１と同様の成長条件でカーボンナノチューブを成長させてカーボンナノチューブ立体構造４４，４５を成長させたのち、カーボンナノチューブ立体構造４４，４５の頂面をステンシルマスク４６で覆ったのち、Ｐｔ微粒子４７を散布することによって、カーボンナノチューブ立体構造４４，４５の外壁にのみＰｔ微粒子４７を付着させる。
【００８５】
図１７参照  
次いで、上記実施例６と同様に、ステンシルマスク５４を用いて、高分子電解質４８の溶剤をカーボンナノチューブ立体構造４４，４５の間の流路以外の箇所に流し込んだのち、窒素ガス雰囲気中で、１５０℃〜２００℃において３０分間の熱処理を行うことによって硬化させて高分子電解膜４８とする。
【００８６】
次いで、真空チャンバー（図示を省略）に低融点ガラスからなる絶縁基板５５と流路構造を形成した基板４１を重ねて挿入したのち、 １０-2Ｔｏｒｒ程度まで軽く真空引きして両基板を密着させる。
【００８７】
次いで、両基板を２００℃〜４００℃で加熱することによって絶縁基板５５を構成する低融点ガラスを軟化させて、カーボンナノチューブ立体構造４４，４５の頂部及び高分子電解膜４８の上面に絶縁基板５５を密着させることによってカーボンナノチューブで周辺を取り囲まれた流路が完成する。
【００８８】
次いで、図示は省略するものの、カーボンナノチューブ立体構造４４，４５からなる流路の端になる部分の上部における絶縁基板５５を選択的に除去して、カーボンナノチューブ立体構造４４，４５の上端部を露出する開口部を設け、燃料及び酸化剤の導入口及び排出口とすることによって燃料電池の基本構造が完成する。
【００８９】
このように、本発明の実施例７においては、流路を閉鎖する「蓋」として低融点ガラスからなる絶縁基板５５を用いているので、高分子電解膜がカーボンナノチューブ立体構造４４，４５の内部に進入して流路断面積を減少させる虞がなくなる。
【実施例８】
【００９０】
次に、図１８を参照して、本発明の実施例８の燃料電池の製造工程を説明する。
図１８参照  
まず、実施例７と全く同様に、ＳｉＯ2 からなる基板４１上に触媒となるＣｏ層を堆積させたのち、レジストパターンを利用してエッチングすることによって、触媒金属層４２，４３を形成する。
【００９１】
次いで、上記の実施例１と同様の成長条件でカーボンナノチューブを成長させてカーボンナノチューブ立体構造４４，４５を成長させたのち、カーボンナノチューブ立体構造４４，４５の頂面をステンシルマスク４６で覆ったのち、Ｐｔ微粒子４７を散布することによって、カーボンナノチューブ立体構造４４，４５の外壁にのみＰｔ微粒子４７を付着させる。
【００９２】
次いで、真空チャンバー（図示を省略）に低融点ガラスからなる絶縁基板５５とカーボンナノチューブ立体構造４４，４５を形成した基板４１を重ねて挿入したのち、 １０-2Ｔｏｒｒ程度まで軽く真空引きして両基板を密着させる。
【００９３】
次いで、両基板を２００℃〜４００℃で加熱することによって絶縁基板５５を構成する低融点ガラスを軟化させて、カーボンナノチューブ立体構造４４，４５の頂部に絶縁基板５５を密着させることによってカーボンナノチューブで周辺を取り囲まれた流路が完成する。
【００９４】
次いで、高分子電解質４８の溶剤をカーボンナノチューブ立体構造４４，４５の間の流路以外の箇所に流し込んだのち、窒素ガス雰囲気中で、１５０℃〜２００℃において３０分間の熱処理を行うことによって硬化させて高分子電解膜４８とする。
【００９５】
次いで、図示は省略するものの、カーボンナノチューブ立体構造４４，４５からなる流路の端になる部分の上部における絶縁基板５５を選択的に除去して、カーボンナノチューブ立体構造４４，４５の上端部を露出する開口部を設け、燃料及び酸化剤の導入口及び排出口とすることによって燃料電池の基本構造が完成する。
【００９６】
このように、本発明の実施例８においては、高分子電解膜を流し込む前にカーボンナノチューブ立体構造４４，４５の頂部を絶縁基板５５で蓋をしているので、ステンシルマスクを用いることなく高分子電解膜の注入が可能になるので製造工程が簡素化される。
【実施例９】
【００９７】
次に、図１９を参照して、本発明の実施例９の燃料電池を説明するが、基本的製造工程は上記の実施例１と全く同様であり、燃料の導入口を上部全面開口にしただけであるので、最終構造のみを説明する。
図１９参照  
上記の実施例１の図４の下図に示す構造を製造したのち、カーボンナノチューブ立体構造１４からなる燃料流路の全上部の高分子電解膜１７を除去して燃料導入口２２を形成すると同時に、カーボンナノチューブ立体構造１５からなる酸化剤流路の端部の上部における高分子電解膜１７を除去して酸化剤の導入口１９及び排出口２１としたものである。
【００９８】
特に、アルコールと酸素を燃料とする場合、アルコールは液体で、細い流路の中は流れ難いので、空気の方を細い管の中を流し、 燃料電池を燃料となるアルコールの液体の中に浸すようにすると効果的である。
【００９９】
このように、本発明の実施例９においては、燃料を上から全面に供給しているので、燃料を容易に近距離で燃料電池部に導くことができるようになり、効率が向上する。
【実施例１０】
【０１００】
次に、図２０を参照して、本発明の実施例１０の燃料電池を説明するが、基本的製造工程は上記の実施例２と全く同様であり、燃料の導入口を上部全面開口にしただけであるので、最終構造のみを説明する。
図２０参照  
上記の実施例２の図８の下図に示す構造を製造したのち、カーボンナノチューブ立体構造３６からなる燃料流路の全上部の高分子電解膜３９を除去して燃料導入口４０を形成すると同時に、カーボンナノチューブ立体構造３７からなる酸化剤流路の端部の上部における高分子電解膜３９を除去して酸化剤の導入口及び排出口としたものである。
【０１０１】
このように、本発明の実施例１０においても実施例９と同様に、燃料を上から全面に供給しているので、燃料を容易に近距離で燃料電池部に導くことができるようになり、効率が向上する。
【実施例１１】
【０１０２】
次に、図２１を参照して、本発明の実施例１１の燃料電池を説明するが、基本的製造工程は上記の実施例３と全く同様であり、燃料の導入口を上部全面開口にしただけであるので、最終構造のみを説明する。
図２１参照  
上記の実施例３の図１０の下図に示す構造を製造したのち、カーボンナノチューブ立体構造４４からなる燃料流路の全上部における高分子電解膜４８を除去して燃料導入口５６を形成すると同時に、カーボンナノチューブ立体構造４５からなる酸化剤流路の端部の上部における高分子電解膜４８を除去して酸化剤の導入口及び排出口としたものである。
【０１０３】
このように、本発明の実施例１１においても実施例９と同様に、燃料を上から全面に供給しているので、空気を容易に近距離で燃料電池部に導くことができるようになり、効率が向上する。
【実施例１２】
【０１０４】
次に、図２２を参照して、本発明の実施例１２の燃料電池を説明するが、基本的製造工程は上記の実施例６と全く同様であり、燃料の導入口を上部全面開口にしただけであるので、最終構造のみを説明する。
図２２参照  
上記の実施例６の図１５の下図に示す構造を製造したのち、カーボンナノチューブ立体構造６４からなる燃料流路の全上部の高分子電解膜６９を除去して燃料導入口７０を形成すると同時に、カーボンナノチューブ立体構造６５からなる酸化剤流路の端部の上部における高分子電解膜６９を除去して酸化剤の導入口及び排出口としたものである。
【０１０５】
このように、本発明の実施例１２においても実施例９と同様に、燃料を上から全面に供給しているので、空気を容易に近距離で燃料電池部に導くことができるようになり、効率が向上する。
【実施例１３】
【０１０６】
次に、図２３を参照して、本発明の実施例１３の燃料電池を説明するが、基本的製造工程は上記の実施例７と全く同様であり、燃料の導入口を上部全面開口にしただけであるので、最終構造のみを説明する。
図２３参照  
上記の実施例７の図１７の下図に示す構造を製造したのち、カーボンナノチューブ立体構造４４からなる燃料流路の全上部の絶縁基板５５を除去して燃料導入口５７を形成すると同時に、カーボンナノチューブ立体構造４５からなる酸化剤流路の端部の上部における絶縁基板５５を除去して酸化剤の導入口及び排出口としたものである。
【０１０７】
このように、本発明の実施例１３においても実施例９と同様に、燃料を上から全面に供給しているので、空気を容易に近距離で燃料電池部に導くことができるようになり、効率が向上する。
【実施例１４】
【０１０８】
次に、図２４を参照して、本発明の実施例１４の燃料電池を説明するが、基本的製造工程は上記の実施例１と全く同様であり、空気の導入口を上部全面開口にしただけであるので、最終構造のみを説明する。
図２４参照  
上記の実施例１の図４の上図に示す構造を製造したのち、カーボンナノチューブ立体構造１４からなる燃料流路の端部の上部における高分子電解膜１７を除去して燃料導入口１８及び排出口２０を形成すると同時に、カーボンナノチューブ立体構造１５からなる酸化剤流路の全上部における高分子電解膜１７を除去して酸化剤導入口２３としたものである。
【０１０９】
このように、本発明の実施例１４においては、空気を上から全面に供給しているので、空気中に豊富に存在する酸素を有効に利用することができる。
【０１１０】
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は各実施例に記載した条件・構成に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、上記の各実施例においては、カーボンナノチューブの成長用の触媒金属としてＣｏ或いはＴｉＣｏを用いているが、Ｃｏ或いはＴｉＣｏに限られるものではなく、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ等の遷移金属、或いは、これらの混合合金、さらには、これらの遷移金属を一部含有する合金を用いても良いものである。
【０１１１】
また、上記の各実施例においては、カーボンナノチューブを成長させるために、成長基板となる下地電極パターンを触媒作用のある金属で形成しているが、要は下地電極パターンの表面層に触媒となる物質が存在していれば良いので、一般的に高抵抗な触媒金属を用いず、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ等の低抵抗な非触媒金属で下地電極パターンを形成し、 この下地電極パターンの表面に薄く触媒金属膜を形成しても良く、或いは、予め形成された触媒微粒子をレジスト等のマスクを用い、非触媒金属上の必要な部分に散布しても良いものである。
【０１１２】
また、上記の各実施例においては、基板としてＳｉＯ2 基板、即ち、石英基板等を用いているが、ＳｉＯ2 基板に限られるものではなく、Ｓｉ3 Ｎ4 基板、絶縁性セラミックス基板、或いは、耐熱性プラスチック基板等の他の絶縁性基板を用いても良いものである。
【０１１３】
また、上記の実施例４等においては、非触媒金属層としてＡｌを用いているが、Ａｌに限られるものではなく、Ｃｕ或いはＡｇ等の他の非触媒金属を用いても良いものである。
【０１１４】
また、上記の各実施例においては、燃料極を蛇行させるとともに、空気極をその間に配置しているが、逆に、空気極を蛇行させるとともに、燃料極をその間に配置しても良いものであり、この場合も燃料電池として作用するトータル面積を稼ぐことができるので、高出力化に寄与することができる。
【０１１５】
さらには、燃料極と空気極の両方を蛇行させて一方を他方に入り込むようにしても良いし、或いは、燃料極と空気極の両方を櫛歯状にして互いに歯の部分を組み合わせるようにしても良いものである。
【０１１６】
また、上記の各実施例においては、空気極と燃料極との間の基板上に付着したＰｔ微粒子を除去しているが、空気極と燃料極との間隔は２００μｍもあるのに対して、Ｐｔ微粒子のサイズは非常に小さいので、Ｐｔ微粒子の密度がそれほど高くない場合には、Ｐｔ微粒子が電極間に完全に連なって電流経路を形成することはないので、Ｐｔ微粒子を除去する必要は必ずしもない。
【０１１７】
また、上記の各実施例においては、燃料電池の触媒としてＰｔを用いているが、Ｐｔは非常に高価であるので、これに代わる媒金属が色々の研究開発されており、今後も色々登場してくることが考えられるが、同様な働きをするものなら、何でも使用することができることは言うまでもない。
【０１１８】
また、上記の各実施例においては、燃料として気体のＨ2 を用いているが、Ｈ2 に限られるものではなく、例えば、メタノールやエタノール等の液体燃料を用いても良いものである。
なお、液体燃料の場合には、液体の流れがカーボンナノチューブで阻害され易いが、発電量が少なく、そのため燃料の流量が少なくてよい場合や、 流路が沢山設けられていて１本当たりに流れる流量が僅かとなる場合には問題はなく、特に、上記の実施例９乃至実施例１３の場合には全く問題がない。
【０１１９】
また、上記の各実施例においては、空気を供給して空気中の酸素を酸化剤としているが、空気に限られるものではなく、直接酸素ガスを供給するようにしても良いものである。
【０１２０】
また、上記の各実施例においては、高分子電解膜の厚さを燃料及び酸化剤がお互いに他方の領域に拡散するのを防ぐクロストーク防止と、 燃料電池で生じた電圧を絶縁破壊を生ぜずに保持するために２００μｍ程度としているが、２００μｍ以上に限られるものではなく、技術の発展とともに将来薄くなる可能性はある。
【０１２１】
また、上記の実施例２においては、カーボンナノチューブを成長させるための触媒微粒子としてＣｏを用いているが、Ｃｏに限られるものではなく、Ｎｉ，Ｆｅ等の遷移金属、或いは、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ等の遷移金属の混合合金、さらには、これらの遷移金属を一部含有するＴｉＣｏ等の合金を用いても良いものである。
【０１２２】
さらには、触媒微粒子の代わりに、厚さ数ｎｍのＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅ等の遷移金属、或いは、これらの混合合金、さらには、これらの遷移金属を一部含有する合金のスパッタ薄膜やＣＶＤ薄膜を用いても良いものである。
【０１２３】
また、上記の実施例３においては、高分子電解膜４８の溶剤を一挙に塗布しているが、カーボンナノチューブ立体構造の内部に形成される開口部を狭く作ったり、粘性を適度に調整したり、温度を高めるなどして、 塗布後早く硬化させるようにしたり等の調整を行うことによって、通常の速度で塗布することができる。
【０１２４】
また、上記の各実施例においては、高分子電解膜の溶剤をＭＤＡＣ＋Ｈ2 Ｏで構成しているが、ＭＤＡＣ＋Ｈ2 Ｏに限られるものではなく、ＤＭＳＯ（ＤｉｍｅｔｈｙｌＳｏｌｆｏｓｉｄｅ）＋Ｈ2 Ｏ、或いは、ＤＭＦ（ＤｉｍｅｔｈｙｌＦｏｒｍａｍｉｄｅ）＋Ｈ2 Ｏ等の他の高分子電解膜の溶剤を用いても良いものである。
【０１２５】
また、実施例３或いは実施例６等においては、Ｐｔが高価であるため触媒微粒子をカーボンナノチューブ立体構造の外表面のみにステンシルマスクを用いて選択的に付着させているが、この触媒微粒子は非常に小さいので燃料気体や液体の流れを阻害するものでもなく、 またＰｔ微粒子が流路の内部の形成されていることによって特に電気的な不都合も引き起こさないので、流路となるべき領域の内壁に付着されていても良い。
【０１２６】
また、上記の実施例６においては、カーボンナノチューブを左右に曲り易くするため、カーボンナノチューブの生える領域を５μｍ程度としたが、これはカーボンナノチューブの強度( 太さ、層数）、カーボンナノチューブの長さ等により変るので、適宜適切な曲がりとなるようにカーボンナノチューブの生える領域を調整することが好ましい。
【０１２７】
また、上記の実施例３等においては、ステンシルマスクを用いて必要箇所のみに高分子電解膜を流し込んでいるが、先端部が非常に細いピペットを用いて必要な箇所に滴下しても良いし、或いは、インクジェットノズルを用いて高分子電解質の液滴を注入しても良いものである。
【０１２８】
また、上記の実施例１４においては、実施例１に対応する形状を代表として説明しているが、このような構成は上記の実施例２乃至実施例８に対しても同様に適用されるものである。
【０１２９】
また、上記の実施例１等においては、成長下地として触媒金属層を用いているが、このような構成に限られるものではなく、非触媒金属層に触媒電極薄膜を設けたものを下地として用いても良いし、或いは、非触媒金属層に導電性触媒微粒子を付着させたものを下地として用いても良いものである。
【０１３０】
また、上記の実施例６においてのみカーボンナノチューブによってアーチを形成しているが、実施例１或いは実施例２等においてもカーボンナノチューブによりアーチを形成しても良いものであり、例えば、実施例１においては、カーボンナノチューブの密度は均一であっても密度自体を低くすることによってアーチ化が可能になる。
なお、これらの場合にも、燃料及び空気の供給は端部から行っても良いし、或いは、上部全面開口部から行っても良いものである。
【０１３１】
また、上記の実施例７及び実施例８においてのみカーボンナノチューブの頂部を絶縁基板で覆っているが、実施例１乃至実施例６においてもカーボンナノチューブの頂部を高分子電解膜の代わりに絶縁基板で覆っても良いものである。
なお、これらの場合にも、燃料及び空気の供給は端部から行っても良いし、或いは、上部全面開口部から行っても良いものである。
【０１３２】
また、上記の各実施例の説明においては、単層の燃料電池として説明しているが、これまで説明して来た基板を何枚も重ねて多層化して良いものであり、それによって、さらなる高電圧化・高出力化が可能になる。
【０１３３】
ここで再び図１を参照して、本発明の詳細な特徴を改めて説明する。
再び、図１参照  
（付記１）  基板１の主面に対して垂直方向に互いに微小間隙を持って並ぶ多数のカーボンナノチューブからなる燃料電極を兼ねる燃料流路兼電極３と酸化剤電極を兼ねる酸化剤流路兼電極４を対向させて設けるとともに、少なくとも前記燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４との対向間隙を充填する電解膜５を設けたことを特徴とする燃料電池。
（付記２）  カーボンナノチューブからなる燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４において、内部のカーボンナノチューブの密度が外側のカーボンナノチューブの密度より低いことを特徴とする付記１記載の燃料電池。
（付記３）  カーボンナノチューブからなる燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４の内部が、カーボンナノチューブの存在しない空洞であることを特徴とする付記１記載の燃料電池。
（付記４）  上記カーボンナノチューブからなる燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４の頂部が、前記燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４との対向間隙を充填する電解膜５と一体の電解膜５で覆ったことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載の燃料電池。
（付記５）  上記カーボンナノチューブからなる燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４の頂部が、前記燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４を構成するカーボンナノチューブ自体で閉じられていることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載の燃料電池。  （付記６）  上記カーボンナノチューブからなる燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４の頂部が、少なくとも前記燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４の頂部との接触面が絶縁されている基板で閉じられていることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載の燃料電池。
（付記７）  上記燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４の下地２として触媒金属層を設けたことを特徴とする付記１乃至付記６のいずれか１に記載の燃料電池。
（付記８）  上記燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４の下地２として、非触媒金属層とその上に設けた触媒電極薄膜を用いたことを特徴とする付記１乃至付記６のいずれか１に記載の燃料電池。
（付記９）  上記燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４の下地２として、非触媒金属層とその上に付着させた導電性触媒微粒子を用いたことを特徴とする付記１乃至付記６のいずれか１に記載の燃料電池。
（付記１０）  上記燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４の一方を平面形状において蛇行させるともに、前記燃料流路兼電極３と酸化剤流路兼電極４の他方を前記蛇行させた流路兼電極の間に挿入するように配置したことを特徴とする付記１乃至付記９のいずれか１に記載の燃料電池。
（付記１１）  上記燃料流路兼電極３内においてカーボンナノチューブの配向方向と直交する方向に燃料を流すとともに、上記酸化剤流路兼電極４内においてカーボンナノチューブの配向方向と直交する方向に酸化剤を流すことを特徴とする付記１乃至１０のいずれか１に記載の燃料電池。
（付記１２）  上記燃料流路兼電極３及び酸化剤流路兼電極４の一方に対して、カーボンナノチューブの配向方向の先端部から燃料或いは酸化剤を供給し、他方はカーボンナノチューブの配向方向と直交する方向から燃料或いは酸化剤を供給することを特徴とする付記１乃至１０のいずれか１に記載の記載の燃料電池。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明の活用例としては、高速で高機能で多機能、さらに軽薄短小で常に身に着けて( 纏って) 歩けるウエアラブル・コンピュータ、立体ＴＶ電話や財布機能等、機能が盛り沢山な携帯電話、米粒程の大きさであらゆる環境情報を検知し知らせるセンサータグ等の小型機器の電源が典型的であるが、多層化することによって、長時間人間に代わって働く人間型ロボット等の装置の電源にも適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施例１の燃料電池の途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の実施例１の燃料電池の図２以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施例１の燃料電池の図３以降の製造工程の説明図である。
【図５】本発明の実施例１の燃料電池の基板に平行な要部断面図である。
【図６】本発明の実施例１の燃料電池の基板に垂直な要部断面図である。
【図７】本発明の実施例２の燃料電池の途中までの製造工程の説明図である。
【図８】本発明の実施例２の燃料電池の図７以降の製造工程の説明図である。
【図９】本発明の実施例３の燃料電池の途中までの製造工程の説明図である。
【図１０】本発明の実施例３の燃料電池の図９以降の製造工程の説明図である。
【図１１】本発明の実施例４の電極パターンの断面図である。
【図１２】本発明の実施例５の電極パターンの断面図である。
【図１３】本発明の実施例６の燃料電池の途中までの製造工程の説明図である。
【図１４】本発明の実施例６の燃料電池の図１３以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図１５】本発明の実施例６の燃料電池の図１４以降の製造工程の説明図である。
【図１６】本発明の実施例７の燃料電池の途中までの製造工程の説明図である。
【図１７】本発明の実施例７の燃料電池の図１６以降の製造工程の説明図である。
【図１８】本発明の実施例８の燃料電池の製造工程の説明図である。
【図１９】本発明の実施例９の燃料電池の説明図である。
【図２０】本発明の実施例１０の燃料電池の説明図である。
【図２１】本発明の実施例１１の燃料電池の説明図である。
【図２２】本発明の実施例１２の燃料電池の説明図である。
【図２３】本発明の実施例１３の燃料電池の説明図である。
【図２４】本発明の実施例１４の燃料電池の説明図である。
【図２５】従来の対向電極型燃料電池の概念的構成図である。
【図２６】従来のプレーナ型燃料電池の概念的構成図である。
【符号の説明】
【０１３６】
１  基板
２  下地
３  燃料流路兼電極
４  酸化剤流路兼電極
５  電解膜
６  触媒微粒子
１１  基板
１２  触媒金属層
１３  触媒金属層
１４  カーボンナノチューブ立体構造
１５  カーボンナノチューブ立体構造
１６  Ｐｔ微粒子
１７  高分子電解膜
１８  導入口
１９  導入口
２０  排出口
２１  排出口
２２  燃料導入口
２３  酸化剤導入口
３１  基板
３２  触媒金属層
３３  触媒金属層
３４  レジストパターン
３５  ＴｉＣｏ微粒子
３６  カーボンナノチューブ立体構造
３７  カーボンナノチューブ立体構造
３８  Ｐｔ微粒子
３９  高分子電解膜
４０  燃料導入口
４１  基板
４２  触媒金属層
４３  触媒金属層
４４  カーボンナノチューブ立体構造
４５  カーボンナノチューブ立体構造
４６  ステンシルマスク
４７  Ｐｔ微粒子
４８  高分子電解膜
４９  非触媒金属層
５０  非触媒金属層
５１  触媒金属層
５２  触媒金属層
５３  Ｃｏ微粒子
５４  ステンシルマスク
５５  絶縁基板
５６  燃料導入口
５７  燃料導入口
６１  基板
６２  触媒金属層
６３  触媒金属層
６４  カーボンナノチューブ立体構造
６５  カーボンナノチューブ立体構造
６６  ステンシルマスク
６７  Ｐｔ微粒子
６８  ステンシルマスク
６９  高分子電解膜
７０  燃料導入口
８１  高分子電解膜
８２  燃料極
８３  水素燃料流路
８４  空気極
８５  酸素燃料流路
８６  本電極
８７  本電極
９１  シリコン基板
９２  水素燃料流路
９３  燃料極
９４  Ｐｔ触媒
９５  酸素燃料流路
９６  空気極
９７  Ｐｔ触媒
９８  高分子電解膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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